一种触摸按键检测电路及其检测方法与流程

本发明涉及模拟集成电路设计领域，具体涉及一种触摸按键检测电路及其检测方法。

背景技术：

1、触摸按键检测通常利用人体手指检测按键产生的额外寄生电容来判断是否按下按键。

2、现有技术常用的触摸按键检测方法有电荷迁移检测或者电荷泵充放电adc采样方法，他们各有利弊，电荷迁移检测有较高的抗干扰能力，需要复杂的开关阵列以及高性能比较器与高精度定时器模块，这增加了成本费用。电荷泵充放电adc采样方法虽然硬件只需要电荷泵充电电路与adc检测电路，但是其抗干扰能力较弱，需要复杂的软件算法进行抗干扰处理，这额外的增加了开发的难度。

3、有的现有技术，虽然不使用高精度定时器模块，采用电容电荷转移的方法进行检测，但是由于其寄生电容较小，不同触摸按键之间的互电容无法忽略，触摸按键是否被按下对于总电容的改变量较小，使得检测灵敏度较差，抗干扰能力差，若想进一步地提升抗干扰能力只能通过复杂的软件算法在数字域进行处理，占用了mcu的资源。

技术实现思路

1、发明目的：为了解决现有技术中提高触摸按键检测电路抗干扰能力需要增加硬件成本或者增加软件开发难度的问题，本发明提供一种触摸按键检测电路及其检测方法。

2、技术方案：一种触摸按键检测电路，包括电容cx、adc单元、逻辑控制单元、至少一个触摸按键及至少第一io单元、第二io单元，第一io单元的io口连接电容cx一端，电容cx另一端接地；第二io单元的io口连接触摸按键；第一io单元、第二io单元均包括第一开关、第二开关、第三开关，第一开关的第一端、第二开关的第一端、第三开关的第一端均连接io口，第一开关的第二端连接电源，第二开关的第二端接地，第三开关的第二端连接adc单元输入端，逻辑控制单元连接io单元及adc单元，adc单元输出端输出检测值。

3、进一步地，设触摸按键所连接的io单元的固有寄生电容为cp1，所述电容cx≥2*cp1。

4、进一步地，所述触摸按键有n个，n≥2，还包括第三io单元……第n+1 io单元。

5、进一步地，还包括运算放大器和开关阵列，所述运算放大器的第一输入端连接第一io单元、第二io单元……第n+1 io单元中的第三开关的第二端，运算放大器的第二输入端连接输出端，输出端连接开关阵列中所有开关的第一端，开关阵列中各开关的第二端分别连接第一io单元、第二io单元……第n+1 io单元的io口，所述逻辑控制单元连接开关阵列，用于控制开关阵列。

6、进一步地，所述adc单元采用mcu中自带的通用adc单元，第一io单元、第二io单元采用mcu中自带的通用io单元。

7、进一步地，所述运算放大器采用mcu中自带的通用运算放大器。

8、一种使用上述的触摸按键检测电路的触摸按键检测方法，包括以下步骤：

9、基准值获取步骤：在触摸按键未被按下时，执行充电迁移采样操作，得到的量化输出值作为该触摸按键未被按下时的基准值，用同样的方法获取所有触摸按键未被按下时的基准值；

10、检测步骤：不断执行充电迁移采样操作对各触摸按键进行扫描，若在检测某个待测触摸按键时，量化输出值大于该触摸按键的基准值，说明该触摸按键被按下；

11、所述充电迁移采样操作包括以下步骤：

12、步骤一：闭合所有io单元中的第二开关，断开所有io单元中的第一开关、第三开关；

13、步骤二：断开所有io单元中的第二开关，闭合待测触摸按键所连接的io单元中的第一开关；

14、步骤三：断开待测触摸按键所连接的io单元中的第一开关，闭合第一io单元中的第三开关与待测触摸按键所连接的io单元中的第三开关；

15、步骤四：循环执行步骤二和步骤三，循环次数为a，a为预设的充电迁移次数；

16、步骤五：待电荷平衡后，断开除第一io单元外其他io单元的第三开关，闭合第一io单元的第三开关，启动adc单元进行采样，得到量化输出值。

17、进一步地，当触摸按键的个数至少为两个时，所述充电迁移采样操作的步骤二还包括：断开开关阵列中连接第一io单元的io口的开关、连接待测触摸按键的开关，闭合开关阵列中其余开关，闭合待测触摸按键所连接的io单元中的第三开关。

18、相比较现有技术，本发明提供的一种触摸按键检测电路及其检测方法，存在以下有益效果：

19、（1）可以复用通用mcu自带的通用io功能、通用adc功能、通用运放opa功能，这些都是mcu自带的，无需额外增加，用简单的逻辑控制形成低成本高性能的触摸按键检测电路；

20、（2）增加了一个电容cx，相比较寄生电容，电容cx选择较大的电容，并采用对触摸按键多次充电及对电容cx多次电荷迁移的方式，将对触摸按键上电压的检测转化为对较大电容上电压的检测，最终对电容cx进行adc采样，以提高检测电路的抗干扰能力；

21、（3）通过固定充电及电荷迁移次数，将检测值与基准值进行比较，判断触摸按键是否被按下，而不是根据充电到固定电压值所需要的时长来判断，省去了高性能比较器与高精度定时器模块，减少这部分硬件成本费用；

22、（4）利用电压跟随器原理减少了多个触摸按键之间互电容对检测结果的影响，不管触摸按键有多少个，均不会受到互电容的影响，进一步提高检测的灵敏度，进一步提升检测电路的抗干扰能力。

技术特征：

1.一种触摸按键检测电路，其特征在于，包括电容cx、adc单元、逻辑控制单元、至少一个触摸按键及至少第一开关电路、第二开关电路，第一开关电路、第二开关电路分别连接第一io口和第二io口，第一开关电路、第二开关电路均包括第一开关、第二开关、第三开关，第一开关的第一端、第二开关的第一端、第三开关的第一端均连接io口，第一开关的第二端连接电源，第二开关的第二端接地，第三开关的第二端连接adc单元输入端，第一io口连接电容cx一端，电容cx另一端接地，第二io口连接触摸按键；逻辑控制单元连接第一开关电路、第二开关电路及adc单元，adc单元输出端输出检测值。

2.根据权利要求1所述的触摸按键检测电路，其特征在于，设第一io口处的固有寄生电容为cp1，所述电容cx≥2*cp1。

3.根据权利要求1或2所述的触摸按键检测电路，其特征在于，所述触摸按键有n个，n≥2，还包括第三开关电路，……，第n+1开关电路。

4.根据权利要求3所述的触摸按键检测电路，其特征在于，还包括运算放大器和开关阵列，所述运算放大器的第一输入端连接第一开关电路、第二开关电路……第n+1开关电路中的第三开关的第二端，运算放大器的第二输入端连接输出端，输出端连接开关阵列中所有开关的第一端，开关阵列中各开关的第二端分别连接第一io口、第二io口，……，第n+1 io口，所述逻辑控制单元连接开关阵列，用于控制开关阵列。

5.根据权利要求1或2所述的触摸按键检测电路，其特征在于，第一开关电路和第二开关电路采用mcu自带的通用io单元。

6.根据权利要求1或2所述的触摸按键检测电路，其特征在于，所述adc单元采用mcu中自带的通用adc单元。

7.根据权利要求4所述的触摸按键检测电路，其特征在于，所述运算放大器采用mcu中自带的通用运算放大器。

8.一种使用如权利要求1-7任一所述的触摸按键检测电路的触摸按键检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的触摸按键检测方法，其特征在于，当触摸按键的个数至少为两个时，所述充电迁移采样操作的步骤二还包括：断开开关阵列中连接第一io口的开关、连接待测触摸按键的开关，闭合开关阵列中其余开关，闭合待测触摸按键所连接的开关电路中的第三开关。

技术总结
本发明公开了一种触摸按键检测电路及其检测方法，包括电容Cx、ADC单元、逻辑控制单元、至少一个触摸按键及至少第一开关电路、第二开关电路，第一开关电路、第二开关电路分别连接第一IO口和第二IO口，第一开关电路、第二开关电路均包括第一开关、第二开关、第三开关，第一开关的第一端、第二开关的第一端、第三开关的第一端均连接IO口，第一开关的第二端连接电源，第二开关的第二端接地，第三开关的第二端连接ADC单元输入端，逻辑控制单元连接第一开关电路、第二开关电路及ADC单元，ADC单元输出端输出检测值。本发明电路结构简单，成本低，灵敏度高，抗干扰能力强。

技术研发人员：黄鹤,赵天宇,杨勇
受保护的技术使用者：南京沁恒微电子股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15